Трансгенные организмы Мифы и реальность Ежова Татьяна Анатольевна

Трансгенные организмы. Мифы и реальность Ежова Татьяна Анатольевна (кафедра генетики МГУ)

Общее ухудшение здоровья населения, распространенность аллергическии СМИ вслед за учеными приписывают именно трансгенным организмам (ГМО). Не учитываются: 1. Постоянно растущее загрязнение окружающей среды 2. Ядохимикаты в растительном сырье. Наличие антибиотиков и гормонов в животном сырье 3. Добавление консервантов, загустителей, наполнителей, антибиотиков и пр. химии при переработке растительной и животной продукции

Пищевые добавки: красители (Е-100 – 182), консерванты (Е-200 – 299), антиокислители (Е-300 – 399), стабилизаторы и загустители (Е-400 – 499), эмульгаторы (Е-500 – 599), усилители вкуса и аромата (Е-600 – 699), пеногасители (Е-900 -Е-999). Они разрешены к использованию в России, но опасны для здоровья человека: могут вызывать 1. злокачественные опухоли (Е-103, Е-105, Е-123, Е-125, Е-126, Е -130, Е-131, Е-142, Е-152, Е- 210, Е-211, Е-213 -217, Е-240, Е-330, Е 447) 2. заболевания желудочно-кишечного тракта (Е-211 -226, Е 320322, Е 338 -341, Е-407, Е-450, Е-461 -466), 3. вызывают аллергию (Е-230, Е-231, Е-232, Е-239, Е-311 -313), 4. болезни печени и почек (Е-171 -173, Е-320 -322).

Успех кампании по дискредитации трансгенных технологий базируется на генетической безграмотности населения Н. К. Янковский: «С хорошей телячьей отбивной Вы съедаете около миллиона миллиардов генов, в том числе нужных для формирования рогов. Однако рога появляются при этом далеко не у каждого»

ДНК есть в любой пище растительного и животного происхождения, даже в переработанной (колбаса, шоколад и пр. ). Ее нет разве что в рафинированном растительном масле и сахарном песке. Однако, откройте пакет и налейте масло в стакан. Уже через час ДНК там можно будет обнаружить. Но не ДНК сахарной свеклы и подсолнечника, а нашу с вами. С частичками отшелущивающейся кожи, с капельками слюны она летает в воздухе, и сейчас мы с вами вдыхаем ДНК наших соседей. Проблема контаминации собственной ДНК – одна из важнейших при работе с останками древних людей. Ее непросто избежать! Тем не менее, постоянно общаясь с нашими сокурсниками, мы не изменились, не приобрели общее с ними лицо.

ДНК из ТО также безопасна как и любая ДНК, присутствующая в пище (и в воздухе) Поджелудочная железа выделяет в 12 -перстную кишку РНК-азы и ДНКазы, которые разрушают содержащиеся в пище нуклеиновые к-ты. Затем процесс разрушения продолжается в кишечнике

Трансгенные организмы (ТО) – те, которые включили чужеродную ДНК в геном (и в ее составе- «трансгены» , т. е. чужеродные гены). Термин «генетически модифицированные организмы (ГМО)» весьма неудачен. Вся наша еда (кроме обитающей в дикой природе) - это ГМО по отношению к своим диким сородичам.

Трансгенные технологии – это еще один подсмотренный человеком в природе метод получения ГМО. Салат (Lactuca sativa) – индуцированные мутации Антоновка – спонтанное генетическое изменение Алыча (Prunus divaricata) (2 n=16) Тёрн (Prunus spinosa) (2 n=32) Слива домашняя (Prunus domestica ) (2 n=48 хромосом) – отдаленная гибридизация

Получение ТО: 1 этап – генная инженерия - создание генной конструкции, которая содержит трансгены, и введение этой конструкции в векторную молекулу ререносчит ДНК 2 этап – трансформация - перенос векторной молекулы в геном растения с помощью метода, который лучше подходит для данного вида Прямой - перенос векторной молекулы в геном растения или животного (трансформация, трансфекция) Непрямой - с помощью природных переносчиков генов – бактерий и вирусов 3 этап - отбор ТО, их изучение

Основные направления использования трансгенных растений: качественно новые продукты, новые лекарства промышленные технологии решение экологических проблем научные исследования

История получения трансгенных растений 1983 г-компания Монсанто (Бельгия), Ин-т растениеводства М. Планка (Германия) и группа из Вашингтонского Университета создали 1 -ые ТР растения табака и рапса. 1990 г-первое коммерческое применение ГМО в США. 1992 г. - в Китае начали промышленно выращивать трансгенный табак, устойчивый к насекомым. 1994 г. - в США зарегистрировали первое трансгенное растение, предназначенное для употребления в пищу, - томаты “Флавр-Савр” 1999 г. - получены трансгенные растения более 120 видов. (Лутова Л. А. , 2010)

Основные культуры трансгенных растений Рапс 8, 99% Хлопок 9% Кукуруза 28, 00% Картофель 0, 01% Соя 54%

По данным Американского департамента сельского хозяйства, в 2004 году в Соединенных Штатах генетически модифицированные сорта составляли 85% общего урожая сои, 76% – хлопка и 45% – кукурузы. В том же 2004 году в мире определилась пятерка стран, в которых выращивают больше всего трансгенных растений. Это США – 117, 6 миллионов акров (47 млн. га), Аргентина – 40 миллионов акров (18, 8 млн. га), Канада – 13, 3 (5, 3), Бразилия – 12, 4 (5) и Китай – 9, 1 миллиона акров (3, 6 млн. га).

Получение качественно новых продуктов на основе трансгенных растений: Замедление созревания, контролируемое созревание (снижение потерь при транспортировке; доступность круглый год) Улучшение пищевых и технологических свойств (создание полноценной и сбалансированной пищи) Устойчивость к гербицидам (снижение применения ядохимикатов) Устойчивость к насекомым-вредителям (полный отказ от использования инсектицидов) Устойчивость к болезням (высокий урожай, снижение стоимости продукции, снижение применения фунгицидов)

Трансгенные растения с повышенной лежкостью плодов Пектин не разрушается, т. к. в геноме есть дополнительный ген полигалактуроназы в антисмысловой ориентации

Трансгенные растения с измененными сроками созревания плодов У ТР с блоком синтеза этилена (гормон созревания) плоды хранятся очень долго.

Трансгенные растения с измененными качествами плодов и семян Антоциан - мощный антиоксидант с противовоспалительными свойствами (борьба с раком, болезн. сердца, ожирением, диабетом, нарушениями зрения, возрастными недугами).

Трансгенные растения с измененными качествами плодов и семян Рис – основной источник питания большей части населения земли. Из-за недостатка витамина А ежегодно умирает 1 млн детей +230 млн страдают заболеваниями (ВОЗ). Золотой рис – сорт, в геном которого введены 2 гена биосинтеза каротеноидов. Сейчас в геном золотого риса введен ген ферритина сои, который восполняет дефицит железа в зерне.

Трансгенные растения с измененными качествами плодов и семян Изменение состава аминокислот в белке (серосодержащих – метионина и цистеина* путем введения соответствующих кодонов; генов, кодирующих белки богатые этими ак; генов, регулирующих синтез) 2. Изменение состава жирных кислот в семенах (увеличение доли полиненасыщенных жирных кислот – олеиновой, незаменимых линолевой и линоленовой) 3. Изменение содержания углеводов (крахмала, сахаров 4. Улучшение вкуса плодов и пр. Человек и млекопитающие требуют наличия 8 незаменимых аминокислот в рационе. Белки семян злаков дефицитны по лизину и триптофану, а в белках бобовых — дефицит метионина и цистеина.

Новый сорт (метаболическая инженерия) У розы нет F 3′ 5′H, флавоноидгидроксилазы, поэтому нет дельфинидина. Чтобы получить голубую окраску, в геном розы внесли ген синтеза этого фермента из фиалки, а также ген DFR (дигидро -флавонол редуктазы) из ириса.

Новые породы атлантического лосося (фирма Aqua. Bounty). В икринки ввели собственный ген гормона роста под контролем промотора гена антифризного белка бельдюги. Поэтому, в отличие от обычного гена, который работает только в теплые месяцы, как у большинства рыб, трансген работает круглый год. Трансгенные лососи за год выросли в 11 раз (!) крупнее своих обычных родственников

Использование трансгенных организмов в производстве лекарственных препаратов Съедобные вакцины

Трансгенные организмы продуценты фармацевтических белков Cозданы ТО - продуценты широкого спектра гормонов, факторов роста и ферментов, имеющие потенциальное применение в фармакологии и не уступающие по биологической активности аналогам, получаемым из других систем экспрессии

Интерлейкины (IL-1, IL-18) – вещества, обеспечивающие передачу сигналов между клетками иммунной системы. Стимулируют антивирусный и антиопухолевый ответ иммунной системы. Клонированы гены интерлейкинов IL-10, IL-4, IL-18 человека. Области применения: Сельское хозяйство Медицина Ветеринария Трансгенная морковь с геном интерлейкина 18 человека. Разве эта морковь хуже для получения интерлейкина, чем трансгенные микроорганизмы?

Фитаза E. coli (расщепляет фитиновую кислоту зерновых – не нужна минеральная подкормка, в помете на 30 -70% меньше фосфора – охрана окружающей среды) Омега-3 жирные кислоты (n-3 fatty acid desaturase - превращение омега-6 в омега-3, фермент нематоды С. elegans) Ген десатуразы шпината – способность синтезировать линолевую и линоленовую кислоты Гормон роста КРС Глобин овцы Инсулин человека

Трансгенные козы с генами гормона роста человека, лактоферрина, факторов свертываемости крови и др. Лечение нарушений роста (карликовости): 1 – вытяжки из гипофиза умерших людей (лечение для избранных) или животных (низкая эффективность) 2 – трансгенные микроорганизмы 3 – молоко трансгенных животных (разве это хуже, чем гормон роста, продуцируемый трансгенными микроорганизмами? )

Сейчас инсулин продуцируют трансгенные микроорганизмы. Удивительный парадокс – все боятся генно-модифицированной картошки, и никто не боится генно-модифицированных бактерий, который колют всем диабетикам. Скоро инсулин будут производить коровы и козы. Использование лишь 10 -20 молочных коров позволит полностью удовлетворить потребность населения Германии в инсулине, которая составляет 400 кг в год

Трансгенные растения-продуценты вакцин (антигенов) Вакцины должны быть безопасными*, недорогими, длительно сохраняться и транспортироваться без холодильного оборудования. Все эти требования удовлетворяют вакцины на основе ТР со встроенными генами патогенных микроорганизмов: их применение станет революционным событием в профилактической медицине и фармацевтике. -----------* В 1961 г. Показано, что почки обезьяны, которые использовали для изготовления вакцины против полиомиелита, заражены вирусом SV 40 (вызывает рак). Советская вакцина была заражена SV-40 вплоть до 1981 г.

“Золотое яблоко” Эти поды– вакцина против двух вирусных инфекций ВИЧ и гепатит В

Трансгенные растения-продуценты антител Вакцины индуцируют продукцию антител на патогенный агент (предотвращают заболевание). При заболевании вводят готовые антитела (иммуноглобулины). Сейчас получены трансгенные растения-продуценты различных типов антител к ряду патогенных агентов.

Трансгенные растения как фабрики по производству специальных химических веществ (стадия разработки) 1. масличные культуры с маслами, для двигателей автомобиля в качестве смазки и топлива 2. получение растений – продуцентов каучука и др. 3. получение растительных – продуцентов паутинового шелка

Генетики выделили гены спидроина паука. Эти гены пытаются использовать для получения растений продуцентов искусственного шелка Паутина похожа на нейлон по эластичности и вязкости, а по жесткости превосходит сталь. Паучья нить с карандаш может остановить летящий самолет! Если бы паутина имела 1 мм, то могла бы выдержать груз в 200 кг (стальная проволока того же – всего 30– 100 кг).

Трансгенные, растения устойчивые к гербицидам и насекомым Сегодня в России разрешенными являются 17 линий трансгенных растений (созданы в США, Франции, Германии, России): • 6 линий кукурузы, • 3 линии сои, • 4 линии картофеля, • 2 линии риса, • 2 линии сахарной свеклы Все они проходят испытания

Трансгенные, растения устойчивые к гербицидам (Создание генетически модифицированных растений, устойчивых к раундапу и др. ) Трансгенные растения, устойчивые к насекомым ("растения –пестициды") Bt-токсин - белковый токсин Bacillus thuringensis, используют уже 40 лет. Нестойкие молекулы белков не накапливаются в природе — быстро распадаются до аминокислот + они более специфичны, т. е. уничтожают только определенных вредителей

Гены, контролирующие синтез Bt-токсина (Monsanto, Ciba Seeds) Трансгенный картофель: ген работает главным образом в листьях. В клубнях картофеля следовое кол-во Bt. Чтобы отравиться, одному человеку нужно съесть около 500 кг сырого картофеля за день. Трансгенный картофель разрешен для выращивания и применения в пищу в США, Канаде, Мексике, Японии и Румынии. Два сорта картофеля New Leaf Plus ( «Ньюлиф» ) проходят испытания в России в соответствии с требованиями российских законов. В России трансгенный картофель, наблюдения за которым ведутся уже три года, стабильно дает урожай на 50 -90% выше контроля.

Сегодня 30% производимой сельхозпродукции уничтожается микроорганизмами, вирусами, грибами и другими вредителями попытки решить проблему повышения продуктивности с/х за счет химизации практически исчерпаны С /х стало одним из наиболее опасных для здоровья видов деятельности. По числу мутагенов оно занимает 2 место после отходов промышленности, опережая по этому показателю бытовую химию, медицину и транспорт

Опасно не бороться с патогенами. Ведь, например, токсины, выделяемые грибами (микотоксины) также относятся к наиболее опасным для здоровья человека веществам. ВЫХОД – использование ТР - они уже одним своим существованием способствуют уменьшению на Земле пестицидов: (1) они эффективно борются с вредными для здоровья патогенными веществами и организмами (2) позволяют снизить применение ядохимикатов и удобрений

Трансгенные растения для решения экологических проблем 1. получение растительных биодеградируемых (!) полимеров взамен полимеров из невозобновляемой нефти (утилизация отходов, ресурсосбережение, медицина) 2. создание растений, способных очищать окружающую среду от загрязнений (почву, водоемы) 3. создание растений, способных к выживанию в экстремальных условиях (сх и дикорастущих) 4. создание растений – тестеров загрязнений

На животноводческих фермах США ежегодно образуется более 160 миллионов тонн навоза. В нем, в особенности в свином навозе и птичьем помете, содержится много азота и фосфора. Отходы животноводства вносят большой вклад в загрязнение почвы и грунтовых вод. Биотехнологические корма значительно уменьшают содержание азота и фосфора в отходах ферм и ослабляют источаемые ими ароматы, которые отравляют воздух на несколько миль в округе.

Использование трансгенных растения для фундаментальных исследований 1. Получение Т-ДНК инсерционных мутантов и клонирование генов 2. Изучение с помощью трансгенных растений экспрессии генов и структуры растительных промоторов 3. Получение трансгенных растений со сверхэкспрессией или замолканием генов для изучения их функции 4. Использование методов генетической трансформации для изучения взаимодействия клеток и тканей в процессе развития растения

Разумные опасения: 1. Изменение микробиоты человека (повышение ее устойчивости к антибиотикам) 2. Горизонтальный перенос ("утечка" генов) 3. Аллергенные свойства экзотических белков 4. Уменьшение биоразнообразия 5. Замолкание генов Устойчивость к антибиотикам – самый удобный признак для отбора трансгенных растений. Однако, в 2002 г. ЕС запретил использовать гены устойчивости к антибиотикам, поскольку существует потенциальная угроза попадания этих генов в бактерии желудка и кишечника.

Тот, кто владеет генетической информацией, будет владеть миром. Если Россия отстанет в этой гонке, последствия будут тяжелее, чем могли бы быть в случае проигрыша в атомной или космической области (К. Г. Скрябин)

Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями 1% генома человека – вирусного происхождения Бактерии Wolbachia в яйце осы Drosophila ananassae – вид, в геноме которого обнаружена копия генома вольбахии

Лутова Л. А. Биотехнология высших растений: Учебник. — Изд. 2 -е. СПб. : Изд-во С. Петерб. ун-та, 2010. -240 с. ISBN 978 -5 -288 -05048 -0 В учебнике изложены основные принципы и методы генной и клеточной инженерии высших растений, ее достижения и перспективы. Эта молодая ветвь биологии за короткий срок прошла путь от первых модельных лабораторных опытов до конструирования новых форм растений и получения трансгенных растений. Описаны особенности растительных клеток in vitro, явление сомакло-нальной изменчивости, гаплоидия в системах in vitro, клеточная селекция, соматическая гибридизация, микроклональное размножение. Подробно рассмотрены современные векторные системы и способы клонирования генов. Книга предназначена для студентов и аспирантов вузов, обучающихся по специальности «Биотехнология, генетика и физиология растений» .